基于模型的RAMS

1、概述

如今，各组织都有安全和可靠性专家，他们在开始生产前对设计进行审查。如果他们发现了一个问题，纠正的代价很高。基于模型的RAMS目标是将可靠性分析与产品开发相结合，以便在整个产品生命周期中考虑可靠性，从而产生可靠的设计产品。

2、产品RAMS

对于任何产品，开发人员都将为其进行设计，并且用户期望该产品具有以下特性：

·可靠性（Reliability）：能够执行其预期功能

·可用性（Availability）：在需要时随时可用

·可维护性（Maintenance）：高效且性价比高

·安全性（Safety）：对于操作人员和运行环境没有损害

本质上，这要求工程团队（及其供应商基础）有效识别、分析并适当缓解特定设计配置中每个项目的故障技术风险和潜在后果，我们称之为产品RAMS（Reliability, Availability, Maintenance and Safety）。

这些事情都不是偶然发生的——管理技术风险需要基本的工程原理和流程，需要相互依赖的安全与可靠性（S&R）分析方法和流程来识别和缓解潜在的故障和危害。

对于那些与任务/安全关键系统（如航空航天、汽车、国防、能源、医疗设备、石油和天然气、运输等）合作的组织，也有特定的合同要求（性能指标）和行业特定标准（ISO、MIL、SAE），要求通过标准手段证明性能（没有这些标准，产品就无法销售）。

产品安全与可靠性必须识别、分析并适当缓解设计中的技术风险，因为技术风险管理直接影响项目设计成本、资产管理成本及其总体拥有成本（TCO）。

常用的RAMS设计分析方法包括：

FMEA-故障模式和影响分析是一种逐步识别设计、制造或装配过程或产品或服务中所有可能故障的方法。FMEA是一种自下而上的归纳分析方法，在设计过程中用于防止可能在功能或零件层面上发生的故障。

FMECA-故障模式、影响和严重性分析是FMEA的扩展，其中根据其潜在的安全、操作和财务后果来考虑特定故障模式的严重性（重要性）。

FTA-故障树分析是一种自上而下的演绎分析方法。在FTA中，初始主要事件（如部件故障、人为错误和外部事件）可追溯到不希望发生的顶部事件（如飞机坠毁或核反应堆堆芯熔化）。其目的是确定降低重大事件可能性的方法，并验证安全目标是否已实现。

RBD-可靠性框图是一种图解方法，用于显示部件可靠性如何影响复杂系统的成败。

CBM-基于状态的维护，是指仅在需要时进行维护-在一个或多个指标表明系统将出现故障或设备性能恶化后进行维护。理想情况下，基于状态的维护将允许维护人员只做正确的事情，最大限度地减少备件成本、系统停机时间和维护时间。

RCM-以可靠性为中心的维护是一个用于建立最低安全维护水平的过程，并确保系统在当前运行环境下继续满足用户的要求。成功实施RCM将提高成本效益、可靠性、机器正常运行时间，并更好地了解组织正在管理的风险水平。

3、关于MADe

Maintenance Aware Design Environment (MADe) 是一种基于仿真的建模工具，具有一套集成的安全和可靠性分析工具，将可靠性、可用性、维护和安全（RAMS）纳入产品生命周期，用于识别和管理/缓解与复杂产品相关的工程（技术）风险，以确保其可靠性、可维护性、安全性和成本效益。

MADe是一种基于模型的工程决策支持解决方案。它使用仿真技术，根据潜在的技术、能力和经济后果，一致地识别和减轻工程风险。它与设计过程同时进行，以确保安全和可靠性问题在整个开发过程中得到早期识别和考虑（而不是在开始制造之前），从而在“设计”产品之前得到解决。

在集成的工具链中MADe支持常用的RAMS分析方法

根据工程师在设计/支持过程中的角色（如FMEA、RBD、RCM等），MADe有不同的应用（和价值主张），适用于设计过程的每个阶段。

·基于模型的FMEA/FMECA

FMEA（失效模式影响分析）是一种记录和管理部件失效风险的方法。如今，大多数组织使用电子表格或独立的FMEA工具创建FMEA工件（包括各种标准FMEA表、红黄绿风险图等）。基于模型，MADe从模型中生成标准FMEA工件；提供了可重用/可扩展模型的好处，以及作为建模过程的副产品生成标准文档的能力。

·基于模型的RCM（Reliability Centered Maintenance）

RCM考虑产品组件可以在何种最低水平上继续运行以实现安全/有效的产品运行。MADe提供了基于模型的RCM工作流，利用MADe模型捕获系统中的功能依赖性，并基于其潜在的安全性、可用性和经济影响对备选维护方法进行快速、并发的比较。

·基于模型的CBM（Condition Based Maintenance）

如果产品没有传感器来检测潜在问题，则会根据之前的经验制定预防性维护计划（即每5000英里更换一次机油）。基于状态的维护依赖于适当放置的传感器来检测问题并建议如何解决问题。MADe为诊断系统提供了一种自动化设计工具，该工具建议并比较潜在传感器组合的成本和技术能力，以支持故障检测/隔离，包括检测概率评估。

·故障报告分析和纠正措施系统（FRACAS）

通过将故障报告和实时物联网资产数据与故障分析联系起来，实现FRACAS流程的“闭环”，并对故障和维护行为进行一致分类，从而实现健康监测、故障检测和隔离、综合诊断和数字风险孪生体中参数的自动更新。

·与性能仿真工具（如Simcenter Amesim）集成

利用并结合1D性能孪生的定量模拟结果和数字风险孪生的定性结果，以推动设计更改并提高运营可用性。

MADe与其他商业S&R解决方案/产品的关键区别在于其基于模型的技术，该技术支持集成的分析方法和工具链。这为您提供了直接和间接的好处：

·流程优势

·运营效益

·知识获取/转移的好处

·与PLM的系统集成

3.1 基于模型的S&R分析

MADe使用一个具有S&R分析能力的集成工具链的模型，该模型在结构上是客观、可扩展和可追踪的。基于模型的方法比人工风险识别过程具有技术、生产力、质量和过程优势，尤其是对于复杂或任务/安全关键系统。

MADe提供了一种基于模型的方法，可产生即时的生产力/质量效益，并提供了一个自适应技术平台，该平台可随着未来工程流程、实践和方法的发展而发展，并为其提供信息——确保工程风险管理的组织灵活性。

MADe已将一系列S&R分析方法直接集成到基于模型的工具解决方案中，该解决方案产生可靠性工件，作为S&R建模过程的副产品（包括FMEA、故障树等）；这与其他使用电子表格进行FMEA、Visio进行故障树等的商用工具有很大不同。

一个集成的可靠性模型，它能够理解组织间变化的影响，从而使组织能够：

·共享单一集成安全与可靠性模型

·了解变化的影响（产品或组件级别）

·生成值得信赖的可靠性工件/文档

·完成从现场产品到产品设计的循环

·将S&R纳入产品生命周期（变更、工作流程、变更…）

·将可靠性人员纳入产品设计过程

·通过设计创造安全/可靠的产品

3.2 基于模型的工程

与其它非基于模型的S&R工具相比，MADe支持基于模型的工程并具有以下优势：

·并行（非回顾性）分析—MADe的一个独特特点是，它自动化了安全和可靠性分析，可以模拟/优化设计，而不是简单地记录用户定义的合规/合同要求结果（创建S&R文档，而不是从模型中生成）

·自动相关性映射—当前的S&R工具要求工程师手动确定并记录整个系统中故障的影响，而MADe自动建立这些连接（并在修改系统模型时自动更新）；想象一下，对于今天复杂的集成产品，比如波音787的230万个零部件，我们都会这样做。

·集成工具链—MADe在所有S&R视角（功能框图、FMEA、FMECA、故障树、可靠性分配、RBD、功能可靠性、可测试性等）之间共享信息，因为它们共享相同的系统模型。其他工具需要用户创建单独的模型来支持每个分析。当与Teamcenter（产品知识的单一来源）相结合时，安全性和可靠性现在有助于实现这一观点，在组织内架起功能烟囱，这意味着不再有面向筒仓的决策。

·跨领域沟通/优化—MADe的好处呈指数增长，因为共享的S&R模型对每个人都是可见的。即使抓住其中一个错误，也会带来巨大的好处。此外，经验教训被收集并可供整个组织重用。

·分析的配置管理—因为MADe基于通用系统模型生成每个分析，组织内部或外部其他群体所做的任何更改的影响都会自动反映在对其他用户的分析中（例如，如果安全功能更改了故障模式的临界值，则在进行其他分析时使用这些参数更改）；作为一种基于模型的工具，MADe使您能够快速地对替代系统配置进行“假设”权衡研究。

3.2 知识获取/转移/重用

与传统的基于电子表格的方法相比，MADe的图形界面使工程师更容易捕捉和理解系统的功能流程。

MADe还允许重复使用作为FRACAS过程一部分收集的操作数据。FRACAS过程中收集的数据生成仪表盘和报告，用户能够快速设计和实施数据湖中的自动化分析。作为从维护报告和诊断中获取的操作/现场数据，MADe模型会更新可靠性/关键性参数，如故障模式比、MTBF、MTTR等，以更新设计并执行一些关键RAMS分析。

最大的优点是，通过使用数字孪生（结合MADe的故障模型和Simcenter Amesim的性能模型），将智能带入故障报告和纠正主动系统。

4、总结

最佳的工程设计过程使组织能够及早且经常地进行必要的分析，从而产生最大的影响（即当你在设计过程中改进设计配置时），而不是在设计后进行回顾性分析（当改变设计的成本很高时）；这只能通过基于模型的方法来完成，而MADe是唯一基于模型的安全与可靠性工具。

MADe有助于系统模型的开发，以定义替代设备配置，并重用核心部件/子系统模型以开发衍生设计。MADe对功能/故障概念的开箱即用分类法还确保了组织内部和整个供应链中术语的一致性；通用（自动化）分析、减少数据延迟以及审计和验证用于分析参数的数据源的能力。